(57)【要約】【課題】ＬＥＤなどの発光素子を用いて画像読み取り用の原稿照明装置を構成する場合、主走査方向に複数の発光素子を並べて用い直接原稿面（被照明面）を照らしても、副走査方向の光束の発散が大きく、高い照度が得られない。シリンドリカルレンズを用いて副走査方向の光束を集める構成のものがあるが、部分的に集光しすぎて主走査方向のムラになる。【解決手段】複数の発光素子１と、被照明面４との間に導光体２を配置する。導光体２と被照明面の間にはコンタクトガラス３を配置する。導光体２はコンタクトガラスの法線に対して所定の角度θ傾斜させて配置してある。発光そしの個数、配列ピッチ、導光体の形状と、被照明面に対する配置を選ぶことによって、主走査方向における照度ムラがほとんどなく、副走査方向における照度分布にほぼ平坦な部分が得られる。【選択図】  図１
2006017951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に複数の発光素子を列設した光源ユニットと、該光源ユニットと前記被照明面との間に配置され前記発光素子からの光束を前記被照明面に導く導光板と、を有する原稿照明装置であって、前記導光板は、長さと幅と厚さを有し、前記主走査方向に長さ方向を一致させ、前記発光素子からの光束が入射する入射面と、該入射面に対向し、前記光束を出射させる出射面と、その両面を接続し、厚さ方向に対向する２つの反射面とを有しており、該反射面は、前記被照明面に対し所定角度θ傾斜させて配置され、前記複数の発光素子のうち、任意の２つの発光素子の中点に対応する前記被照明面上における照度と、上記２つの発光素子のうち任意の一方の発光素子の正面に対応する前記被照明面上における照度との照度差が、それら照度の内の大きい方に対して１２％以内になるように前記導光板の幅と厚さを設定したことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原稿照明装置において、前記導光板の幅をＬ、導光板の厚さをε、発光素子の配光分布における半値角に対応する導光板媒質中の屈折角をαとし、前記半値角に対応する光線が前記導光板中で反射を繰り返す回数に関与する定数をｋとするとき、
ｋ＝（Ｌ／ε）×ｔａｎα
の式によって定まるｋが３．５以上になるようＬ／εを定めたことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の原稿照明装置において、前記被照明面と前記導光板との間にさらにコンタクトガラスが配置され、該コンタクトガラスの厚さをＤとし、前記導光板の出射面厚さ方向中心から前記コンタクトガラス表面までの距離をＭとし、前記コンタクトガラスへ入射角θで入射した光線の屈折角をθ’としたとき、
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε／２）×ｃｏｓθ≧２
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記導光板は、ｄ線に対する屈折率をｎｄとするとき、ｎｄ≧１．３５なる材料からなることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項５】
長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に複数の発光素子を列設した光源ユニットと、該光源ユニットと前記被照明面との間に配置され前記発光素子からの光束を前記被照明面に導く導光板と、を有する原稿照明装置であって、前記導光板は、長さと幅とを有し、前記主走査方向に長さ方向を一致させ、該長さ方向に延びて反射面が所定の間隔で互いに対向する２枚の反射板を有する中空体であり、該中空体は前記発光素子からの光束を入射させる入射開口と、外交即を被照明面側に出射させる出射開口を有し、前記反射面は、前記被照明面に対し所定角度θ傾斜させて配置され、前記複数の発光素子のうち、任意の２つの発光素子の中点に対応する前記被照明面上における照度と、上記２つの発光素子のうち任意の一方の発光素子の正面に対応する前記被照明面上における照度との照度差が、それら照度の内の大きい方に対して１２％以内になるように前記導光板の幅と前記所定の間隔を設定したことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の原稿照明装置において、前記導光板は、前記反射板の幅をＬ’、２枚の反射板の間隔をε’、発光素子の配光分布における半値角をα’とし、前記半値角に対応する光線が前記導光板中で反射を繰り返す回数に関与する定数をｋとするとき、
ｋ＝（Ｌ’／ε’）×ｔａｎα’
の式によって定まるｋが３．５以上になるようＬ’／ε’を定めたことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の原稿照明装置において、前記導光体は防塵構造を施してあることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記被照明面と前記導光板との間にさらにコンタクトガラスが配置され、該コンタクトガラスの厚さをＤとし、前記導光板の前記出射開口中心から前記コンタクトガラス表面までの距離をＭとし、前記コンタクトガラスへ入射角θで入射した光線の屈折角をθ’としたとき、
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε’／２）×ｃｏｓθ≧２
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項９】
請求項３、４、８のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、
Ｄ≧２
θ≧２０°
を満足させることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１０】
請求項３、４、８、９のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記コンタクトガラスは、ｄ線に対する屈折率をｎｄとするとき、ｎｄ≧１．３５なる材料からなることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、白色ＬＥＤであることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、各々発光色が異なるＬＥＤが少なくとも２種類用いられており、各色光は前記導光板内で多重反射することで混色され、前記導光板の出射位置においては白色光とみなせることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の原稿照明装置を用いたことを特徴とする画像読み取り装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の画像読み取り装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナ等の読み取り装置に使用される原稿照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤと称す）の開発が活発に行われており、ＬＥＤ素子の明るさは急激に高まっている。ＬＥＤは、一般的に長寿命、高効率、高耐Ｇ性、単色発光などの利点を有しており、多くの照明分野への応用が期待されている。その用途の一つとして、デジタル複写機やイメージスキャナーのような画像読み取り装置の原稿照明装置がある。
【０００３】
図１９は画像読み取り装置を有する画像形成装置の模式図である。
同図において符号１００は画像形成部、２００は画像読み取り部をそれぞれ示す。その他の符号は説明中で直接引用する。
画像形成部１００は、ドラム状の潜像担持体１１１を有し、その周囲に帯電手段としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。更に、画像読み取り部等、外部からの原稿情報を受けてレーザビームＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
【０００４】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２により均一帯電され、光走査装置１１７のレーザビームＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。転写紙Ｐを収納したカセット１１８は、画像形成装置１００本体に脱着可能であり、同図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９に捕らえられる。レジストローラ対１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ１１４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてトナー画像を定着され、搬送路１２１を通り、排紙ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。トナー画像が転写された後の像担持体１１１の表面は、クリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。潜像担持体１１１は光導電性の感光体であり、その均一帯電と光走査とにより静電潜像が形成され、形成された静電潜像がトナー画像として可視化される。
【０００５】
画像読み取り部２００は、原稿２０２がコンタクトガラス２０１の上に配置され、コンタクトガラス２０１の下部に配置された第１走行体２０３に搭載された、図示しない照明部により原稿２０２が照明される。原稿２０２からの反射光は、第１走行体２０３の第１ミラー２０３ａにより反射され、その後、第２走行体２０４の第１ミラー２０４ａと第２ミラー２０４ｂで反射され、縮小結像レンズ２０５へ導かれ、ラインセンサー２０６上に結像される。ラインセンサー２０６によって画像の主走査が行われる。
原稿の長手方向を読み取る場合は、第１走行体２０３がＶの速度で同図の右方向へ移動し、それと同時に第２走行体２０４が第１走行体２０３の半分の速度１／２Ｖで右方向へ移動して副走査が行われ、原稿全体を読み取る。
通常、画像読み取り装置に用いられる原稿照明装置は、原稿を照らすために、原稿幅とほぼ同じ長さが必要とされるため、原稿照明装置としてのＬＥＤの使用方法としては、ＬＥＤ素子を主走査方向に多数個並べ、アレイ状にして用いる。
【０００６】
ただし、現状のＬＥＤは上述したような優れた特性を有しているものの、画像読み取り装置の照明装置として用いるには、素子１個１個の絶対的な明るさが足りないため、低速読み取り機器や、コンパクト性重視の機器を中心に用いられており、高速読み取り機器や、大型機器には、主に冷陰極蛍光ランプが用いられている。
図２０はＬＥＤアレイで直接原稿面を照明する状態を示す概念図である。同図（ａ）は主走査方向断面、同図（ｂ）は副走査方向断面を示す図であり、曲線は照度分布を模式的に示している。
同図において符号１０１はＬＥＤ、１０２はコンタクトガラス、１０３は原稿面などの被照明面をそれぞれ示す。
複数のＬＥＤ１０１からなるＬＥＤアレイはコンタクトガラス１０２の下面に配置され、原稿面１０３としてのコンタクトガラス上面を照明する。
上記問題点を補うために、例えばＬＥＤアレイを被照明面１０３に接近させることで明るく照明しようとすると、図２０（ａ）に点線で示すＬＥＤ１個１個の明るさムラが、合成されても実線で示すように主走査方向に照度ムラとなって現れてしまう。反対にＬＥＤアレイを被照明面１０３から遠ざけると、光は拡散し、明るく照明することができない。
【０００７】
図２１、図２２は棒状光源を用いた照明装置の断面図である。
両図において符号３０１は冷陰極蛍光ランプのような棒状光源、３０２、３０４は光学要素として部分円筒状の凹面反射部を有する鏡面部材、３０３は原稿面などの被照明面、４は被照明面上の副走査方向の照度分布曲線をそれぞれ示す。なお、簡略化のため鏡面部材は反射面のみで代用する。
棒状光源用反射鏡の用い方としては、図２１に示すように、低効率ではあるが光を集め過ぎずに、原稿面を幅広く照明するか、あるいは、複数の平面の組み合わせによって適当な照度分布を作るような構成が提案されている（例えば、特許文献１  参照。）。
ここで、棒状光源ではどのように光量増加を図るかというと、両図に示すように、棒状光源１から反射される光を部分円筒状の鏡面部材２で反射させることで、原稿面３上に光を集める方法が主に用いられている。ここで部分円筒状というのは、シリンドリカルとも称されており、断面が円、楕円、放物線、双曲線などの２次曲線の一部、もしくはそれに近い形を有し、棒状光源の長さ方向に光源の長さ、あるいは被照明面の長さ（主走査領域の長さ）とほぼ同程度の長さを有している形を言う。
【０００８】
図２３はデジタル複写機やイメージスキャナの受光素子の位置関係を示す模式図である。
同図において符号３０５は結像レンズ、３０６は受光素子、３０７は単体受光部をそれぞれ示す。
デジタル複写機やイメージスキャナにおいては、同図に示すように、原稿からの反射光は結像レンズ３０５を介して受光素子３０６の単体受光部７で受光する。ＣＣＤセンサなどの受光素子３０６は単体受光部３０７の幅が通常０．０５〜０．１ｍｍ程度と狭い。すなわち、等倍結像の場合で有れば、原稿面上でもそれと等しい狭い幅の領域しか読み取れないことになる。光源の光を鋭く集光させてしまうと、ミラー角度のずれなどによる照明位置ずれによって、照度分布曲線の位置がずれ、単体受光部３０７に達する光量が大きく変化し、形成される画像に大きく影響を与えることになってしまう。
同図は等倍センサを用いる例を示しているが、縮小光学系を用いて例えば１０分の１に縮小結像させる場合でも、単体受光部３０７に結像する原稿側の照明領域の幅は、大きくても１ｍｍ程度にしかならないので、上記問題点は同じである。
【０００９】
図２４は照度分布曲線の変化と読み取り位置との関係を示す図である。同図（ａ）、（ｂ）は照度分布曲線の幅が比較的狭い場合、同図（ｃ）、（ｄ）は照度分布曲線の幅が比較的広い場合をそれぞれ示す。ここで比較的と言ったのは、読み取り領域の幅との関係で見た場合を示す。
同図（ａ）、（ｃ）は正常に照明されている状態を示す。
デジタル複写機の場合には、受光部の幅がたとえば０．１ｍｍ程度と狭いため、同図 （ｂ）に示すように、照度分布曲線の中心位置が読み取り部からずれると、大幅に読み取り領域の照度が落ちてしまう。このため、デジタル複写機やイメージスキャナにおいては、同図（ｃ）、（ｄ）に示すような、副走査対応方向の照度分布曲線が幅広であり、照明の中心位置が読み取り部からずれても読み取り領域の照度差を生じない原稿照明装置が求められる。そのためには、照度分布の最大値の近傍で、読み取りに必要な幅（上記例では最大約１ｍｍ）に機構的な誤差等による変動幅を加えた幅（本発明においては、有効照明範囲として少なくとも±１ｍｍを設定した）以上の照度ムラの少ない部分、すなわち、照度の平坦部が有るとよい。
前記平坦部は、機構が確定したときその照度が設計値通りでなくても、モノクロ画像を取り扱う場合、ＡＧＣなどの電気的補正で実用に差し支えない範囲の変化率に収まっている部分を言い、変化率は３０％くらいまで許容できる。カラー画像を扱う場合は、ＡＧＣの問題よりも、三原色の色バランスの崩れを補正できる範囲に収めるため、上記変化率は１２％くらいまで許容できる。
【００１０】
本出願人が先に、略板状の導光板によって光利用効率が高く、均一な照明を行うことができる照明装置を提案した（特許文献２  参照。）。その提案によれば、両サイドの反射面に回折格子を設けることによって、主走査方向の照度分布均一化を図ることが可能となる。
しかし、このような透明部材に回折格子を設けることは、コスト高になる上に、適切な配置にしなければ、副走査方向に照度平坦部を作ることはできない。
【００１１】
【特許文献１】特第０２９９４１４８公報
【特許文献２】特開平１０−３２２５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は特許文献２に示した反射部材（本発明においては導光板と呼ぶ）によって、主走査方向には照度ムラなく、副走査方向には２ｍｍ幅以上の照度平坦部を作ることができる具体的な構成・配置を提案する。特に、主走査方向の特性について、本発明によれば回折格子を設けること無く主走査方向の照度ムラの発生を抑制できる範囲を規定する。
さらに、導光板を原稿照明装置に利用するにあたって、導光板がなるべく小型であることが望ましいことは当然であるが、導光板の幅をむやみに小型化すれば、導光板内部における光の反射回数を減少させ、副走査方向における照度ムラの原因となる。本発明は副走査方向の照度ムラの発生が少ない導光板の大きさを規定するものでもある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明では、長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に複数の発光素子を列設した光源ユニットと、該光源ユニットと前記被照明面との間に配置され前記発光素子からの光束を前記被照明面に導く導光板と、を有する原稿照明装置であって、前記導光板は、長さと幅と厚さを有し、前記主走査方向に長さ方向を一致させ、前記発光素子からの光束が入射する入射面と、該入射面に対向し、前記光束を出射させる出射面と、その両面を接続し、厚さ方向に対向する２つの反射面とを有しており、該反射面は、前記被照明面に対し所定角度θ傾斜させて配置され、前記複数の発光素子のうち、任意の２つの発光素子の中点に対応する前記被照明面上における照度と、上記２つの発光素子のうち任意の一方の発光素子の正面に対応する前記被照明面上における照度との照度差が、それら照度の内の大きい方に対して１２％以内になるように前記導光板の幅と厚さを設定したことを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の原稿照明装置において、前記導光板の幅をＬ、導光板の厚さをε、発光素子の配光分布における半値角に対応する導光板媒質中の屈折角をαとし、前記半値角に対応する光線が前記導光板中で反射を繰り返す回数に関与する定数をｋとするとき、
ｋ＝（Ｌ／ε）×ｔａｎα
の式によって定まるｋが３．５以上になるようＬ／εを定めたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の原稿照明装置において、前記被照明面と前記導光板との間にさらにコンタクトガラスが配置され、該コンタクトガラスの厚さをＤとし、前記導光板の出射面厚さ方向中心から前記コンタクトガラス表面までの距離をＭとし、前記コンタクトガラスへ入射角θで入射した光線の屈折角をθ’としたとき、
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε／２）×ｃｏｓθ≧２
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記導光板は、ｄ線に対する屈折率をｎｄとするとき、ｎｄ≧１．３５なる材料からなることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に複数の発光素子を列設した光源ユニットと、該光源ユニットと前記被照明面との間に配置され前記発光素子からの光束を前記被照明面に導く導光板と、を有する原稿照明装置であって、前記導光板は、長さと幅とを有し、前記主走査方向に長さ方向を一致させ、該長さ方向に延びて反射面が所定の間隔で互いに対向する２枚の反射板を有する中空体であり、該中空体は前記発光素子からの光束を入射させる入射開口と、外交即を被照明面側に出射させる出射開口を有し、前記反射面は、前記被照明面に対し所定角度θ傾斜させて配置され、前記複数の発光素子のうち、任意の２つの発光素子の中点に対応する前記被照明面上における照度と、上記２つの発光素子のうち任意の一方の発光素子の正面に対応する前記被照明面上における照度との照度差が、それら照度の内の大きい方に対して１２％以内になるように前記導光板の幅と前記所定の間隔を設定したことを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の原稿照明装置において、前記導光板は、前記反射板の幅をＬ’、２枚の反射板の間隔をε’、発光素子の配光分布における半値角をα’とし、前記半値角に対応する光線が前記導光板中で反射を繰り返す回数に関与する定数をｋとするとき、
ｋ＝（Ｌ’／ε’）×ｔａｎα’
の式によって定まるｋが３．５以上になるようＬ’／ε’を定めたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、請求項５または６に記載の原稿照明装置において、前記導光体は防塵構造を施してあることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項５ないし７のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記被照明面と前記導光板との間にさらにコンタクトガラスが配置され、該コンタクトガラスの厚さをＤとし、前記導光板の前記出射開口中心から前記コンタクトガラス表面までの距離をＭとし、前記コンタクトガラスへ入射角θで入射した光線の屈折角をθ’としたとき、
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε／２）×ｃｏｓθ≧２
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項３、４、８のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、
Ｄ≧２
θ≧２０°
を満足させることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、請求項３、４、８、９のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記コンタクトガラスは、ｄ線に対する屈折率をｎｄとするとき、ｎｄ≧１．３５なる材料からなることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、白色ＬＥＤであることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、各々発光色が異なるＬＥＤが少なくとも２種類用いられており、各色光は前記導光板内で多重反射することで混色され、前記導光板の出射位置においては白色光とみなせるを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の原稿照明装置を用いた画像読み取り装置を特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の画像読み取り装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明はＬＥＤ等の発光素子を複数用いる原稿照明装置において、簡単な構成で原稿面における、主走査方向、副走査方向ともに照度ムラの少ない原稿照明装置を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の構成を模式的に示す図である。同図（ａ）は主走査方向断面、同図（ｂ）は副走査方向断面を示す図であり、曲線は照度分布を模式的に示している。
同図において符号１はＬＥＤ、２は導光板、３はコンタクトガラス、４は被照明面をそれぞれ示す。
先に図２０で示した構成ではＬＥＤ１０１がコンタクトガラス１０２に比較的近く配置されているため、高い照度を得ようとすると、照度ムラが著しく発生してしまう。ＬＥＤ１０１をコンタクトガラス１０２から離すと照度低下が著しくなって使用に耐えなくなってしまう。しかしながら、図１に示す導光板２を用いる本構成においては、個々のＬＥＤ１からの光束の内、主走査方向に関しては、ＬＥＤ１がコンタクトガラス３から遠く離れることによって、光束が大きく発散するため、個別のＬＥＤの照度ムラがなだらかになり、合成の結果は局部的なムラが ほとんどなくなる。しかも、副走査方向に関しては、光束が導光体２内で反射を繰り返し、コンタクトガラス３の近傍に到ってから、導光体を出射するため、主走査方向に比べて発散の度合いが小さくなり、さほど照度低下が生じない。
【００２０】
ただし、同図に示す効果を持たせるには、光源ユニット（ＬＥＤアレイ）内に列設されたＬＥＤの配置・配光分布をそれなりに設定する必要がある。すなわち、ＬＥＤアレイと原稿面の間に導光板を配置しても、ＬＥＤの配光分布が急だったり、隣り合うＬＥＤの間隔が遠かったり、ＬＥＤの間隔がある程度近くても、導光板の幅が短かったりすると当然照度ムラは発生する。照度ムラをほとんど０にすることも不可能ではないが、製造コストを考えれば、前記した許容範囲、すなわち、カラー画像を前提として、照度ムラが１２％以内になるような条件を求める。
単体の光源は発光面の法線方向の輝度に対し、法線からθなる角度を有する方向への輝度は、角度θに応じて減少するのが一般的である。理想的な光源として、θ方向の輝度がｃｏｓθで表される分布をランバート分布と呼ぶ。実際に市販されているＬＥＤには、ｃｏｓ１．５θで近似できる分布や、ｃｏｓ２θで近似できる分布のものがある。
これらのＬＥＤを複数個法線方向を揃えて、法線方向に直交する方向に並べて、所定距離離れた被照明位置におけるその配列方向の照度分布を調べると、各ＬＥＤの法線が通る位置（以下Ｐ０点と呼ぶ）における照度分布が最大値を示す場合と、隣接するＬＥＤの丁度中間点に対応する位置（以下Ｐｈ点と呼ぶ）が最大値を示す場合とがある。
【００２１】
簡単なモデルを考えて説明する。被照明面上の任意の位置Ｐ点においては、複数のＬＥＤからの光束の合成によって照度が得られている。当然ながらＰ点の近くにあるＬＥＤからの光束はＰ点の照度に大きく寄与し、遠くにあるＬＥＤからの光束はあまり大きく寄与しない。仮に、被照明面としての所望の大きさよりも、ＬＥＤの配列の長さの方が十分大きく、且つ、等間隔でＬＥＤが配列されているとする。端部のＬＥＤからの光束の、被照明面の端部照度に対する寄与率が、照度ムラに影響を与えない程度に小さいものとすれば、被照明面における照度ムラは、前記法線が通る位置Ｐ０点と、隣接するＬＥＤの丁度中間点に対応する位置Ｐｈ点の２点を比較すれば良いことになる。この２点における照度の内大きい方から見たときの、照度差が１２％以内に収まっていれば、カラー画像用として安心して用いることができる。
任意の位置Ｐ点における照度の変化は、主として、ＬＥＤのピッチの、ＬＥＤから被照明面までの距離の距離に対する比に依存する。この比が十分大きいときは、Ｐ０点における照度は主としてそのＬＥＤ単体からの光束に依存し、隣接ＬＥＤからの寄与率があまり大きくならない。それに対してＰｈ点における照度は、主として両側各１個のＬＥＤからの光束によって照度が得られるが、それぞれの光束はＰ０点に到達する光束の２分の１よりかなり小さくなるため、合成の照度もＰ０点における照度よりは小さくなる。
逆に、上記の比がかなり小さい場合には、Ｐ０点における照度よりＰｈ点における照度の方が大きくなる場合が存在する。その場合、前記比が小さくなるほどその傾向が強くなる。
【００２２】
Ｐ０点、Ｐｈ点における照度の内大きい方をＥｍａｘ、小さい方をＥｍｉｎとするとき、
（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）／Ｅｍａｘ＜０．１２
を満足するように、ＬＥＤの個数、配列ピッチ、および、ＬＥＤから被照明面までの距離を定めればよい。
本発明では、図１に示すように導光板２を被照明面に対して傾斜させて用いている。導光板２によって、副走査方向の光束が被照明面近傍に到ってから発散するので、副走査方向に関し光量損失が少なくなることを説明した。主走査方向に関して、導光板２が入るため光路長の変化が生ずる点と、被照明面に対して傾斜した状態で光束が入射する点が前記モデルを用いた説明と異なるが、これらの条件は基本的には照度レベルの変化として現れるだけで、照度ムラにはほとんど影響を与えない。
【実施例１】
【００２３】
ＬＥＤアレイ
ＬＥＤ個数          ７個
配列                主走査方向に一列
配列ピッチ          ８ｍｍ
配光分布            ランバート分布
出力                          １０ｍＷ／１個
発光面              ０．５×０．５ｍｍの面上強度分布一様な面光源
導光板
長さ×幅×厚さ    ６０×８×１ｍｍ
材料                ｎｄ＝１．５１７
側面                          反射膜（反射率１００％）コーティング
配置
ＬＥＤ発光面−導光板第１端面間隔                    密着
導光板第２端面中心から原稿面に引いた垂線の長さ      ６ｍｍ
導光板第２端面垂線と、上記垂線のなす角              ６０度
コンタクトガラス
厚さ                ３．２ｍｍ
材料                ｎｄ＝１．５１７
原稿面
コンタクトガラスの上側の面から０．０１ｍｍ離れた（上側にシフトした）面を原稿面とする
面のサイズ          ４１ｍｍ（主走査方向）×３１ｍｍ（副走査方向）
【００２４】
図２は実施例１の構成による照度分布を示す図である。同図（ａ）は副走査方向の分布、同図（ｂ）は主走査方向の分布をそれぞれ示す図である。
同図において横軸はコンタクトガラスの位置（単位ｍｍ）、縦軸は照度（単位μＷ／ｍｍ２）を示す。以下の照度分布においても同様である。
本実施例における照度分布は、原稿面を４１×３１のグリッドに分割し、光源からの光線として光線本数１００万本の光線追跡を行い、１×１ｍｍ角の各グリッドに入射する光線本数をそのグリッドにおける照度としてプロットしたものである。以下照度分布の計算はすべて同様である。同図（ａ）は光源を含む副走査方向断面における照度分布を示し、同図（ｂ）は副走査方向のグラフのピーク値を含む主走査方向断面における照度分布をそれぞれ示す。同図（ｂ）で分かるように、主走査方向の照度ムラはほとんどない。
【００２５】
図３は比較例の照度分布を示す図である。同図（ａ）は副走査方向の分布、同図（ｂ）は主走査方向の分布をそれぞれ示す図である。
比較例の仕様を示す。なお比較例の構成は図２０に準ずる。
ＬＥＤアレイ：実施例１に同じ
導光板：なし
配置
ＬＥＤ発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ    ６ｍｍ
発光方向中心と、上記垂線のなす角                ６０度
コンタクトガラス：実施例１に同じ
原稿面：実施例１に同じ
同図（ｂ）に示すように、本比較例では主走査方向の照度ムラが約２２．１％あり、カラー画像用としては不適であることが分かる。
【００２６】
図４は２個のＬＥＤによる主走査方向の照度分布を示す図である。
実施例１において、中心位置、すなわち、主走査方向２１ｍｍの位置にあるＬＥＤと、そのＬＥＤに隣接した１個のＬＥＤによる被照明面上主走査方向の照度分布は同図に示すように、ＬＥＤ対応位置よりも、その中間の方が照度が高くなっている。２個のＬＥＤの中点に対応する被照明面の照度に対し、ＬＥＤ正面の位置に対応する被照明面の照度はおよそ１１．７％低くなっている。すなわち照度差は約１２％である。
この照度差は、ＬＥＤの間隔を上記実施例の８ｍｍよりも広げることで、より小さくすることができる。
同図は２個のみのＬＥＤによる照度を見たが、実際にはさらに隣接する複数のＬＥＤからの照度が重畳され、それらの照度は上記中点対応位置より、上記ＬＥＤ正面対応位置への寄与率の方が大きいため、上記照度差はさらに小さくなる。
一般に、表面実装型ＬＥＤの光出力は光度で表され、現在流通しているＬＥＤの光度は、順電流１０〜３０ｍＡで１２５〜８６０ｍｃｄ程度である。これより、本発明においてはＬＥＤの光出力をすべて１０ｍＷという値に設定したが、前述したように、ＬＥＤの高輝度化は急激に進んでおり、ＬＥＤの高輝度化が進めばＬＥＤの使用個数減につながる。主走査方向の照度ムラを抑制する本発明は、ＬＥＤの高輝度化によって、さらに必要なものとなる。
【００２７】
＜実験例１＞
本実施例は、実施例１における導光板のサイズ等を変更したものである。
ＬＥＤアレイ
ＬＥＤの個数      １１個
配列              主走査方向に一列
配列ピッチ        ５ｍｍ
配光分布          ランバート分布
出力              １０ｍＷ／個
発光面            ０．５×０．５ｍｍの面上強度分布一様な面光源
導光板
長さ×幅×厚さ    １００×５×１ｍｍ
材料              ｎｄ＝１．５１７
側面              反射膜（反射率１００％）コーティング
配置
ＬＥＤ発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ    ８ｍｍ
発光方向中心と上記垂線のなす角θ              ３０°
コンタクトガラス
実施例１と同じ
原稿面
実施例１と同じ
【００２８】
副走査方向の照度分布は、導光板の板厚方向における反射回数を多くすることで、導光板出射後の光束の重畳の度合いが増すため、均一になりやすくなる。そのためには、光の入出射面の距離Ｌに比べて板厚εが小さい方が良い。
ここで、ＬＥＤから導光体中に角度αで出射した光線が、ｋ回反射するものとしたとき、
Ｌ＝ｋ（ε／ｔａｎα）          ・・・・（１）
と置くことができる。式中のε／ｔａｎαは上記光線が一方の反射面から他方の反射面に到るまでに進む導光体の上記Ｌ方向の距離である。Ｌは任意の長さを設定できるので、ｋは整数に限定されない。ＬＥＤは導光体の厚さ方向の中央に配置するので、例えば、０．５＜ｋ＜１．５のとき上記光線は１回反射のみで出射面から空気中に出ていく。また、２．５＜ｋ＜３．５であれば３回反射で出射する。
いま仮にランバート分布のＬＥＤの半値角を上記導光体中の角度αに対応させるとすれば、
ｓｉｎα＝ｓｉｎ６０°／ｎｄ
となり、ｎｄ＝１．５１７を用いるとα≒３４．８°となる。
Ｌ＝５ｍｍ、ε＝１ｍｍであるから
ｋ＝Ｌ／（ε／ｔａｎα）≒３．４８
となる。逆に予めｋの値を定めてから、Ｌの値を決めることもできる。
【００２９】
図５は実験例１の配置を説明するための概要図である。
図６は実験例１による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
ＬＥＤから±６０°で出射した半値角に対応する光線は、導光体中で３回反射した後、導光体の出射面を出て±６０°の方向へそれぞれ進む。本実験例のように導光体がコンタクトガラスに対し３０°傾いている場合は、上記±６０°の一方の光線はコンタクトガラスに３０°の角度で入射し、他方の光線はコンタクトガラスに平行な方向に進む。
図６で明らかなように、本実験例では副走査方向の照度ムラがかなり大きい。すなわち、副走査中央部付近において、読み取り領域として２ｍｍ幅を取ろうとしても、この照度分布では、安定した読み取り領域を設定することはできない。これは、副走査方向の照度均一化が不十分であるためと考えられる。本実験例では、ｋ＝３．４８であった。すなわち、ｋは３回反射のほぼ上限に設定されていた。したがって、ｋは４回以上反射の範囲に設定し直す必要がある。
【実施例２】
【００３０】
図７は実施例２の配置を説明するための概要図である。
図８は実施例２による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例ではｋ≒５．５となるように導光板の仕様を定めた
導光板
長さ×幅×厚さ    １００×８×１ｍｍ
その他の条件は実験例と同じである。
この導光板のサイズから逆算すると、正確にはｋ≒５．５６３となる。
図８に示すように、本実施例では読み取り領域として使用し得る有効照明範囲（２ｍｍ幅）における照度ムラは約４．０％に収まっている。
【００３１】
＜実験例２＞
導光板の厚さと長さを変えて見た。
導光板
長さ×幅×厚さ    １００×９．５×２ｍｍ
その他の条件は実施例１と同じである。
この条件でｋを計算すると、ｋ≒３．３となる。これは実験例１よりも小さい値なので、照度ムラさらに大きくなることが予想される。
【００３２】
図９は実験例１の配置を説明するための概要図である。
図１０は実験例１による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
同図から明らかなように、図６に示した照度分布に非常に良く似ていて、しかも、図６の照度分布よりさらに照度ムラが大きくなっている。
【実施例３】
【００３３】
図１１は実施例３の配置を説明するための概要図である。
図１２は実施例３による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
実験例２に対して導光板の長さをさらに長くする。
導光板
長さ×幅×厚さ    １００×１２×２ｍｍ
その他の条件は実施例１と同じである。
この条件でｋを計算すると、ｋ≒４．２となり、４回反射になっている。
図１２によって明らかなように、導光体の厚さを増しても、それに対応して幅を大きくすれば照度ムラ（同図において約３．０％）を小さく収めることができる。
【００３４】
図１３、１４は導光体の配置を説明するための図である。
ここで、導光体の一般的な配置関係について考察する。図１３は厚さＤのコンタクトガラスの下面からさらに下方に距離Ｍ離れた位置に導光体の出射面中心があり、導光体はコンタクトガラス面の法線に対し角度θ傾いている状態を示している。角度θでコンタクトガラスに入射した光線は角度θ’で媒質中を進むものとする。
図１４は、導光体出射面からの光束が完全拡散光になっていると仮定し、出射面中心を点光源とみなした模式図である。点光源の直上の原稿面を座標原点とする。
同図に則って原稿面上の照度を計算すると、照度は光線経路長の２乗に反比例し、ランバート分布に比例する。ランバート分布としては、図示した角度θ方向が放射強度最大なるのだが、原点に近い方が光線経路長が短いために、原点に近い方が明るく、図示した光線の原稿面到達位置Ｐと原点の間に照度分布のピークが出現するのが一般的である。
図１３において、読み取り方向は原稿面に対して垂直方向であるため、原点自身は導光板に遮られて読み取り領域になり得ない。少なくとも、原点から板厚εの２分の１×ｃｏｓθまでの範囲は導光板に遮られるため読み取り領域になれない。
読み取り領域としては前述のように、２ｍｍの幅は欲しいところであるから、原稿面上で、前記点Ｐまでの範囲にピーク値を含む少なくとも２ｍｍの有効領域を設定できるようにする必要がある。この関係を数式で表すと、
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε／２）×ｃｏｓθ≧２          ・・・・（２）
となる。
【００３５】
コンタクトガラスの厚さＤは構造上の制約があるため、例えば原稿載置型で光学系移動型などでは３ｍｍ以上にするのが普通である。光学系固定でシート原稿移動型などの場合には、例えば２ｍｍなどのようにもっと薄くすることもできる。したがって、上記数式においてＤの下限は２ｍｍとみなして良い。
導光板の傾斜角度θは、あまり小さくすると上記有効領域が十分取れなくなるので、図示しないが、Ｍ＋Ｄ≧６の条件でいくつかの照度分布のシミュレーションを行った結果、θ≧２０°にするのが望ましいことが分かった。
図１４では厚さεｍｍの導光体出射面を点とみなして説明したが、０でないεを与えたときと、点とみなしたときの照度分布の違いを確認したところでは、ε≦３ｍｍであれば実用上は点とみなしても問題ないことが分かった。
【００３６】
＜実験例３＞
導光板
長さ×幅×厚さ：１００×１２×２ｍｍ
配置
ＬＥＤ発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ：（Ｍ＋Ｄ）７ｍｍ
発光方向中心とコンタクトガラス法線とのなす角度θ        ２０度
その他の仕様は実施例３と同じ。
この条件においては
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’≒２．１２ｍｍ
（ε／２）×ｃｏｓθ≒０．９４
となるので、式（２）の左辺は
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε／２）×ｃｏｓθ≒１．２ｍｍ
となって２より大きくならず、式（２）を満足しない。
【００３７】
図１５は実験例３の配置を説明するための概要図である。
図１６は実験例３による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
本実験例の条件では、Ｐ点が原点から約２．１２ｍｍの位置にあるので、副走査方向の照度分布のピーク値は、原点から約２．１２ｍｍよりもさらに近いところに生ずる。したがって、有効照明幅として必要な幅は原点から約３ｍｍの距離までになるが、この範囲では図１６に見られるように、照度ムラは１５％を超えている。
【実施例４】
【００３８】
図１７は実施例４の配置を説明するための概要図である。
図１８は実施例４による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例は上記実験例３の導光板の配置のみを変えたものである。
配置
ＬＥＤ発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ（Ｍ＋Ｄ）    ７ｍｍ
発光方向中心とコンタクトガラス法線とのなす角度θ        ３０度
その他の仕様は実施例３と同じ。
この条件においては
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’≒３．３１ｍｍ
（ε／２）×ｃｏｓθ≒０．８７
となるので、式（２）の左辺は
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε／２）×ｃｏｓθ≒２．４５ｍｍ
となり、式（２）を満足している。
本実施例による副走査方向の照度分布は図１８に見られるように、有効照明幅２ｍｍの範囲で約７．８％となり、読み取り領域として十分使用し得る。
【００３９】
これまで示してきた実験例、実施例はいずれもガラスからなる導光板を用いることを前提としてきた。しかし、厚さ２ｍｍ、あるいは１ｍｍという形状をガラスで作るのは破損の問題があり、実用的でない。そこで、これを透明樹脂で作ることを考える。透明樹脂の場合、その屈折率は実施例等で示したガラスの屈折率１．５１７に比べると、より小さくなる（例えばポリテトラフルオロエチレンのｎｄ＝１．３５〜１．３８など。）。本発明はこれまで説明してきたように、導光板の材質の屈折率に関連する条件はあるが、直接依存する条件はない。したがって、導光板の材質としてガラス以外に、透明樹脂を用いることは全く自由である。
同様の理由により、コンタクトガラスの材質も、その名に惑わされることなく、透明樹脂を使っても一向に差し支えない。したがって、実験例、実施例においてコンタクトガラスの屈折率としてｎｄ＝１．５１７としたが、この値も、例えば上記１．３５の材質を用いても構わない。
【００４０】
導光板についてさらに進めて考えると、屈折率が１、すなわち媒質が空気でも可能であることが分かる。媒質が空気であるということは、側面が反射面で囲われた中空体でよいということである。光束の入射側の開口と、出射側の開口があればよい。ただし、反射面にゴミ、埃が付着するのを防ぐため、上記量開口には防塵のための蓋をつけるのが良い。ただし、蓋は透明部材で形成し、光束の入出射の妨げにならないようにする。
なお、この場合前記式（１）に対応する式は、反射面の幅をＬ’、２枚の反射板の間隔をε’、発光素子の配光分布における半値角をα’としたとき、
ｋ＝（Ｌ’／ε’）×ｔａｎα’        ・・・・（３）
となる。また、式（２）に対応する式は
Ｍｔａｎθ＋Ｄｔａｎθ’−（ε’／２）×ｃｏｓθ≧２        ・・・・（４）
となる。
【００４１】
次に、本発明に用いることのできる光源について述べる。
本発明においては、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）が最も適している。中でも、あらゆる原稿の読み取りに対応できるようにするため、白色ＬＥＤを用いるのがよい。
白色ＬＥＤには幾つかのタイプがある。その１つは蛍光体を用いた１チップ型白色ＬＥＤである。チップと称する発光部が、ＹＡＧ蛍光体を混入した透明な封入部材に封じられている。チップはＩｎＧａＮからなる青色発光を行う。それによって、チップが青色発光したとき、同時に蛍光体が励起されて黄色の蛍光を発光する。青色と黄色は互いに補色関係にあるため、両者が一緒に外部へ出ると白色光として認識される。
他のタイプとして、蛍光体を使わず、それぞれの発光する色が異なる２つ以上のチップを用い、混色により白色発光させる白色発光ダイオードがある。複数のチップは同一面に配置され、全部の発光色が混合されると白色として認識される組み合わせになっている。
たとえば、２個のチップの場合、前記と同様それぞれ青色と黄色の発光をするチップを用いる。３個のチップの場合であれば、いわゆる３原色に相当するそれぞれ赤、緑、青を発光するチップを用いる。
【００４２】
複数色の発光が行われる場合、その混色は、光束がＬＥＤから出射する前に行われるのが理想であるが、本発明の場合、光束は導光体中で複数回の反射を繰り返すので、導光体の出射端側から出射する時点で白色と見なせる程度に混色が完了していても構わない。
【００４３】
以上に説明してきた原稿照明装置は、いずれも画像読み取り装置に用いることができるものであり、さらに、その画像読み取り装置は画像形成装置を形成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の本発明の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例１の構成による照度分布を示す図である。
【図３】比較例の照度分布を示す図である。
【図４】２個のＬＥＤによる主走査方向の照度分布を示す図である。
【図５】実験例１の配置を説明するための概要図である。
【図６】実験例１による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
【図７】実施例２の配置を説明するための概要図である。
【図８】実施例２による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
【図９】実験例１の配置を説明するための概要図である。
【図１０】実験例１による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
【図１１】実施例３の配置を説明するための概要図である。
【図１２】実施例３による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
【図１３】導光体の配置を説明するための図である。
【図１４】導光体の配置を説明するための図である。
【図１５】実験例３の配置を説明するための概要図である。
【図１６】実験例３による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
【図１７】実施例４の配置を説明するための概要図である。
【図１８】実施例４による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
【図１９】画像読み取り装置を有する画像形成装置の模式図である。
【図２０】ＬＥＤアレイで直接原稿面を照明する状態を示す概念図である。
【図２１】棒状光源を用いた照明装置の断面図である。
【図２２】棒状光源を用いた照明装置の断面図である。
【図２３】デジタル複写機やイメージスキャナの受光素子の位置関係を示す模式図である。
【図２４】照度分布曲線の変化と読み取り位置との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      ＬＥＤ
２      導光板
３      コンタクトガラス
４      被照明面
【図１】
2006017951.tif 000003
【図２】
2006017951.tif 000004
【図３】
2006017951.tif 000005
【図４】
2006017951.tif 000006
【図５】
2006017951.tif 000007
【図６】
2006017951.tif 000008
【図７】
2006017951.tif 000009
【図８】
2006017951.tif 000010
【図９】
2006017951.tif 000011
【図１０】
2006017951.tif 000012
【図１１】
2006017951.tif 000013
【図１２】
2006017951.tif 000014
【図１３】
2006017951.tif 000015
【図１４】
2006017951.tif 000016
【図１５】
2006017951.tif 000017
【図１６】
2006017951.tif 000018
【図１７】
2006017951.tif 000019
【図１８】
2006017951.tif 000020
【図１９】
2006017951.tif 000021
【図２０】
2006017951.tif 000022
【図２１】
2006017951.tif 000023
【図２２】
2006017951.tif 000024
【図２３】
2006017951.tif 000025
【図２４】
2006017951.tif 000026